О необходимой полосе воспроизводимых частот

Диапазон воспринимаемых человеком звуков составляет примерно от 20 Гц до 20 кГц (с возрастом верхняя граница снижается). Частоты ниже 20 Гц, инфразвуки, не фиксируются слуховым анализатором, но воздействуют на всё тело человека. Считается, что в диапазоне от 3 до 13 Гц расположен весь спектр эмоциональных воздействий от эйфории (около 3 Гц) до «частоты ужаса» (около 7 Гц). Частоты выше 20 кГц, ультразвуки, при достаточно высокой интенсивности также воспринимаются помимо слухового анализатора. Наиболее чувствителен слух в диапазоне средних частот (примерно 200 Гц – 5 кГц). И звучание музыкальных инструментов заполняет этот диапазон без остатка.

Частота основного тона большинства музыкальных инструментов и голоса не превышает 3-4 кГц, выше забираются только флейта, треугольник и некоторые спецэффекты. Этот участок спектра отвечает за общее впечатление от музыки, и нужно воспроизводить его с минимальной погрешностью – иначе нарушается тональный баланс, меняется эмоциональная окраска, одни инструменты выпирают из общей картины, другие – наоборот, съёживаются. На частотах выше 5 кГц располагаются гармоники основного тона, этот участок отвечает за общий тембр звучания, и там уже допустимы погрешности – они малозаметны.

Повышение качества звучания (в том числе расширение полосы воспроизводимых частот) приводит к непропорциональному росту затрат на разработку и производство аппаратуры. Поэтому полосу воспроизводимых аудиосистемой частот целесообразно устанавливать по принципу разумной достаточности, с учётом целевой аудитории и экономических факторов.

Результаты субъективных статистических экспертиз для разных групп экспертов. Меньше 15% получить заметность не удается (даже если предъявлять слушателю один и тот же сигнал, 15% «дотошных» слушателей замечают, что в нем что-то изменилось).

• 50% случаев соответствует градации «неуверенно заметно», такое качество приемлемо для систем с полосой пропускания до 6,3 кГц (второй класс качества, местное АМ-вещание);
• в 30% случаев «практически не заметно» для систем с полосой пропускания до 10 кГц (первый класс качества, проводное вещание, MP3 с низким битрейтом);
• в 15% случаев «не заметно» для систем с полосой до 15 кГц (высший класс качества, FM-вещание, MP3 с высоким битрейтом).

В соответствии с этими результатами были приняты параметры качества звуковых вещательных каналов (радио и проводных), при этом неравномерность АЧХ в области средних частот не должна превышать 1-2 дБ, а на краях диапазона – не более 5-7 дБ. Откровенно говоря, весьма либеральные нормы – но экономически оправданные. Ведь в этот процесс включается весь тракт передачи, и провода и «эфир». Естественно, качество исходных фонограмм выше. Современные «коммерческие» записи даже в компрессированных форматах соответствуют высшему классу качества вещания. Правда, полоса частот популярного сегодня канала Bluetooth уже ограничена, насколько – зависит от кодека, но тоже не хуже 14-15 кГц.

Резонный вопрос: если для среднестатистического слушателя достаточно 15 кГц, зачем же тогда расширять полосу тракта до десятков килогерц, забираться в ультразвук? Всё очень просто. Искажения и неравномерность АЧХ возрастают на краях рабочего диапазона, таким способом их убирают подальше от слышимого участка. И самым слабым звеном остаются динамики – но это уже совсем другая история…